Transducteur photoélectrique
Définition
Un transducteur photoélectrique est un dispositif à semi-conducteur qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique. Il utilise un élément photosensible qui émet des électrons lorsqu'il est frappé par la lumière, modifiant ainsi les propriétés électriques de l'élément et induisant un courant proportionnel à l'intensité de la lumière absorbée. Le schéma ci-dessous illustre la structure du matériau semi-conducteur.
Un transducteur photoélectrique absorbe le rayonnement lumineux incident sur son matériau semi-conducteur. Cette absorption énergise les électrons du matériau, les faisant se déplacer. La mobilité des électrons produit l'un des trois effets suivants :
Classification des transducteurs photoélectriques
Les transducteurs photoélectriques sont classifiés comme suit :
Cellule photoémissive
Une cellule photoémissive convertit les photons en énergie électrique. Elle contient une tige d'anode et une plaque de cathode, toutes deux recouvertes d'un matériau photoémissif tel que l'antimoine de césium.
Lorsque le rayonnement lumineux frappe la plaque de cathode, les électrons commencent à circuler de la cathode vers l'anode. Tant l'anode que la cathode sont scellées dans un tube opaque et évacué. Lorsque le rayonnement lumineux atteint le tube scellé, les électrons sont émis de la cathode et se dirigent vers l'anode.
L'anode est maintenue à un potentiel positif, provoquant un courant photoélectrique qui circule à travers elle. L'amplitude de ce courant est directement proportionnelle à l'intensité de la lumière passant à travers le tube.
Cellule photoconductive
Une cellule photoconductive convertit l'énergie lumineuse en courant électrique. Elle utilise des matériaux semi-conducteurs tels que le sélénium de cadmium, le germanium (Ge) ou le sélénium (Se) comme élément photosensible.
Lorsqu'un faisceau lumineux frappe le matériau semi-conducteur, sa conductivité augmente, et le matériau agit comme un interrupteur fermé. Un courant circule alors à travers le matériau, déviant l'aiguille d'un compteur.
Cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est un type de transducteur actif. Le courant commence à circuler dans la cellule photovoltaïque lorsque une charge est connectée. Le silicium et le sélénium sont couramment utilisés comme matériaux semi-conducteurs. Lorsque le matériau semi-conducteur absorbe la lumière (et non la chaleur), ses électrons libres commencent à se déplacer, un phénomène connu sous le nom d'effet photovoltaïque.
Le déplacement des électrons génère un courant dans la cellule, connu sous le nom de courant photoélectrique.
Photodiode
Une photodiode est un dispositif à semi-conducteur qui convertit la lumière en courant. Lorsqu'une photodiode absorbe l'énergie lumineuse, les électrons de son matériau semi-conducteur commencent à se déplacer. La photodiode a un temps de réponse très court et est conçue pour fonctionner sous polarisation inverse.
Phototransistor
Un phototransistor est un dispositif qui convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique, générant à la fois un courant et une tension.
Cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est un dispositif bipolaire composé de matériau semi-conducteur enfermé dans un conteneur transparent, permettant à la lumière d'atteindre facilement l'élément photosensible. Lorsque l'élément absorbe la lumière, un courant commence à circuler de la base à l'émetteur du dispositif, qui est ensuite converti en tension.
